基于光纤环镜的高灵敏湿度传感器的研究

摘要

光纤湿度传感器具有抗电磁干扰性、体积小、耐腐蚀等优良特性,因此不同类型的湿度传感器引起了学者们广泛研究。本课题在现有的光纤环镜基础上进行创新、优化,提出了一种基于保偏光纤环镜的结构,将保偏光纤环镜与湿度敏感材料薄膜、长周期光纤光栅等相结合,采用光学检测方法来更加精确地测量湿度。在普通光纤环镜的基础上对传感器的结构进行拓展,分别以单根保偏光纤、两根保偏光纤及保偏长周期光纤光栅(PM-LPG)作为传感单元的传感器进行湿度传感测量。
　　本课题具体研究内容如下:
　　1、在普通光纤环镜内插入单根被氢氟酸(HF)腐蚀过、并在表层涂覆有湿敏材料聚乙烯醇(PVA)薄膜的保偏光纤(PMF),形成特殊结构的湿度传感单元,提高光纤传感器对湿度响应的灵敏度,对相对湿度进行传感测量。
　　2、由于温度会在传感器测量相对湿度过程中带来一定的影响,因此在研究单根特殊结构的保偏光纤环镜传感器的基础上,新增一根相同参数的PMF作为参考光纤,用于消除温度对相对湿度传感器的影响,达到温度不敏感的目的,从而提高湿度测量的准确性。
　　3、日常实际生产和工程结构中,常需对环境中的双参量进行同时测量,以获取更多的信息量。本课题利用高频CO2激光器在保偏光纤内写入长周期光纤光栅,形成的保偏长周期光纤光栅(PM-LPG)结合了PMF与LPG两者的优点,能同时对两个被测物理量敏感。在此结构基础上的相对湿度传感器可以利用敏感矩阵实现对温度与湿度同时进行测量,从而扩大此类传感器的应用范围。

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图清单

1 绪论

1.1 光纤环镜器件发展概述

1.2 保偏光纤技术进展

1.3 光纤湿度传感器的现状研究

1.4 本课题主要研究内容

2 基于保偏光纤环镜传感的理论基础

2.1 Jones矩阵理论

2.2 高双折射光纤Sagnac干涉仪的理论分析

2.3 本章小结

3 基于保偏光纤环镜的相对湿度传感器

3.1 光纤腐蚀及湿敏溶液制备

3.2 结构装置及传感原理

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

4 基于光纤环镜的温度不敏感相对湿度传感器

4.1 传感器结构装置及传感原理

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

5 基于保偏长周期光纤光栅的光纤环镜湿度传感器

5.1 长周期光纤光栅理论简介

5.2 保偏长周期光纤光栅的刻写

5.3 保偏长周期光纤光栅传感装置

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要工作和结论

6.2 改进与展望

参考文献

作者简历